Monte Carlo modelling of radiation transport in voxel geometries with applications to dosimetry and medical physics

La tesi riguarda lo sviluppo di una metodologia per il trasporto Monte Carlo di radiazione in geometrie complesse basate su dati voxel per applicazioni dosimetriche. Il lavoro è stato svolto presso i centri di ricerca ENEA, Bologna. Per raggiungere l’obiettivo si è realizzato: (i) lo sviluppo di modelli voxel adatti a un codice di simulazione numerica per il trasporto di particelle, partendo da dati medicali TAC; (ii) il trasferimento dei modelli nel codice Monte Carlo MCNP/X, tramite un opportuno patch che ne estende le capacità. La metodologia permette di trasferire un dataset TAC nella geometria Monte Carlo, direttamente dai file, senza convertire la struttura voxel nell’input standard di MNCP (geometria descritta da funzioni analitiche). Vengono presentate alcune applicazioni alla dosimetria, incluso il confronto tra simulazioni numeriche e misure sperimentali.The thesis presents a methodology for solving the radiation transport problem in a complex voxel-based geometry with Monte Carlo modelling, in a computational dosimetry framework. The work was done at the ENEA research centres, Bologna. To achieve this goal, I realized: (i) the design of voxel models, tissue-indexed, suitable to be used with a particle transport code, starting from medical CT image data; (ii) the transferring of the models into the Monte Carlo code MCNP/X, based on a suitable patch designed for extending the capabilities of the code. The methodology allows the transferring an image dataset into Monte Carlo geometry directly from CT files without conversion of the voxel array into a standard MCNP input (geometry described by analytic functions). Applications of the method to dosimetry, including the benchmarking bwtween experimental measurements and numerical simulation, are shown